20种典型氨基酸(除了一些其他氨基酸，如吡咯赖氨酸和硒代半胱氨酸)用于蛋白质的生物合成。然而，遗传密码扩增技术能够将非规范氨基酸(ncAAs)特异性掺入活细胞中的蛋白质中，已经改变了研究。此外，它还有可能导致新疗法的开发。
现在，莱斯大学的一组研究人员报告了原核和真核自主细胞的产生，具有生物合成和遗传编码氨基酸磺酪氨酸(sTyr)的能力 - 一种重要的蛋白质翻译后修饰，具有低膜通透性和编程表达治疗性蛋白质的活细胞的关键构建块。
研究人员成功的一个关键因素是发现这种鸟，即凤头朱鹮，提供了解锁styr产生所需的线索。
这项概念验证研究不仅产生了首次合成sTyr的哺乳动物细胞，而且研究人员还制造了增强凝血酶抑制剂效力的细胞 - 用于防止血液凝固的抗凝剂。
这项研究发表在《自然通讯》上的论文《释放非规范氨基酸生物合成的潜力以产生具有精确酪氨酸硫酸化的细胞》中。
“在自然界中，我们的大多数物种都是由20个规范构建块制成的，”莱斯大学化学，生物科学和生物工程助理教授Han Xiao博士说。“如果你想添加一个额外的构建块，你需要考虑如何制作它。我们解决了这个问题：我们可以要求细胞制造它。
“但是，我们必须有翻译机制来识别它。还有一个特殊的密码子来编码这个新的构建块，“肖继续说道。“通过这项研究，我们已经满足了所有这三个要求。
过去，科学家会将化学合成的非规范氨基酸喂入细胞。肖说，让细胞做这项工作要高效得多，但它需要发现一种新的转移酶，这种转移酶具有可以结合硫酸盐的酪氨酸口袋。然后，这种锁和钥匙组合可以用作各种催化剂的基础。
而且，研究人员要感谢凤头朱鹮帮助实现了这一飞跃。当莱斯大学生物科学、材料科学与纳米工程以及物理学与天文学教授Peter Wolynes博士的实验室比较基因组数据库时，他们在朱鹮中发现了磺基转移酶1C1。
莱斯大学的科学家们开发了表达治疗性蛋白质的细胞，特别是凝血酶抑制剂。关键是磺酪氨酸(sTyr)的位点特异性插入，这是仅在朱鹮中自然发现的标准氨基酸酪氨酸的突变体。[肖实验室/莱斯大学]
“我们很幸运，”肖说。“朱鹮是唯一这样做的物种，这是通过基因组信息的序列相似性搜索发现的。之后，我们问他们是否可以弄清楚为什么这种酶可以识别酪氨酸，而我们的人类磺基转移酶不能。
具有不同化学、生物和物理性质的ncAA的遗传编码需要生物正交翻译机制的工程设计，该机制由进化的氨酰基-tRNA合成酶/tRNA对和“空白”密码子组成。为了实现这一目标，研究人员模仿了朱鹮合成sTyr并将其整合到蛋白质中的能力。
肖实验室使用突变的琥珀色终止密码子来编码所需的磺基转移酶，从而产生一种完全自主的哺乳动物细胞系，能够生物合成sTyr并将其非常精确地整合到蛋白质中。
作者写道，这些工程细胞可以产生“位点特异性硫酸化蛋白，其产量高于文献中报道的最高水平sTyr的外源性细胞。他们使用这些细胞制备具有位点特异性硫酸盐化的高效凝血酶抑制剂。
“现在，通过这种修改蛋白质的新策略，我们可以完全改变蛋白质的结构及其功能，”肖说。“对于我们的凝血酶抑制剂模型，我们发现在药物中放置非自然的构建块可以使药物更有效。
研究人员希望利用生物信息学和计算增强筛选的结合来产生生物合成的非规范氨基酸库。
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